62048 (Дисковая система IBM PC.)

____________________________________________________________________

@Содержание :

Введение ...................................................3

Физическая организация хранения информации на дискете ......3

Методы кодирования информации на дискете ................... 4

Физическая структура диска ...............................5

Интерфейс адаптера НГМД ....................................7

Логическая организация диска ...............................7

Работа BIOS с НГМД .........................................9

Некоторые форматы дисков, принятые в MS-DOS ...............10

Как увеличить скорость чтения дискет ......................11

О восстановлении дискет ...................................12

Методы защиты от копирования ..............................12

Использованная литература .................................14

@Введение

В настоящее время во всех вычислительных системах имеются ус-

тройства внешней памяти, использующие для накопления информации

гибкие и жесткие диски. Независимо от типа и емкости, они ис-

пользуют один и тот же принцип долговременного хранения информа-

ции в виде намагниченных участков поверхности накопителя. При

движени мимо них считывающего устройства, в нем возбуждаются им-

пульсы тока.

Сначала ( в 1981 году ) IBM PC имели один-единственный тип

внешней памяти - пятидюймовые односторонние гибкие магнитные дис-

ки двойной плотности с програмной разбивкой секторов емкостью

150K. С тех пор IBM значительно увеличила емкость дисков, был

добавлен новый стандартный размер дисков (три с половиной дюйма),

однако физическая и логическая структура диска не притерпела зна-

чительных изменений.

@ Физическая организация хранения информации на дискете

Гибкий диск имеет пластиковую основу с нанесенным на нее маг-

нитным покрытием. В центре находится шпиндельное отверстие , а на

некотором смещении от центра имеется одно индексное отверстие.

Назначение индексного отверстия - обеспечить накопителю точку от-

счета при счытывании или записи данных. Гибкий диск помещен в

квадратный чехол, в котором также имеются шпиндельное и индек-

сное отверстие. Находящееся на внутренней окружности магнитного

диска метализированное кольцо предназначено для усиления места

посадки диска на шпиндель электродвигателя дисковода, чтобы пре-

дотвратить нежелательную деформацию тонкого магнитного диска.Кро-

ме того, в чехле есть прорезь для контакта головки считывания/за-

писи с поверхностью диска и вырез защиты от записи.

При записи информации на магнитный диск используется потен-

циальный метод записи без возвращения к нулю. Запись по этому ме-

тоду осуществляется путем изменения направления тока записи в

магнитной головке в соответсвии с обрабатываемыми данными. Изме-

нение направления тока записи вызывает перемену магнитного потока

в магнитной головке, что приводит к изменению намагниченности

учаска носителя информаци, проходящего в это время под головкой.

В зависимости от направления вектора намагниченности рабочего

слоя магнитного носителя по отношению к направлению вектора ско-

рости перемещения носителя, различают продольную, поперечную и

перпендикулярную намагниченность. В накопителях IBM формата

( имеются в виду накопители 34 и 3740 фирмы IBM ) используется

только продольная намагниченность, поэтому в дальнейшем речь пой-

дет именно о ней.

Процесс записи может быть представлен в виде следующих переда-

точных звеньев:

i(t) -> F(t) -> H(x,y,z,t) -> M(l,y,z)

Процесс воспроизведения:

M(l,y,z) -> Ф(t) -> e(t)

Здесь

i(t) - ток в обмотке записи магнитной головки;

F(t) - магнитодвижущая сила магнитной головки записи;

H(x,y,z,t) - поле записи;

M(l,y,z) - остаточная намагниченность после воздействия поля

записи;

Ф(t) - магнитный поток в сердечнике магнитной головки вос-

произведения;

e(t) - электродвижущая сила, наводимая в обмотке магнитной го-

ловки воспроизведения;

x,y,z - пространственные координаты, связанные с головкой;

l=vt - координата, связанная с носителем записи;

v - скорость записи.

Во время считывания на выходной обмотке головки воспроизведе-

ния наводятся разнополярные сигналы в те моменты времени, когда

под головкой проходят участки поверхности с изменением направле-

ния намагниченности. Эти сигналы воспринимаются усилителем-форми-

рователем, который преобразует их в выходные униполярные им-

пульсы считывания "единиц". Записи "нуля" соответствует отсут-

ствие импульсов в некоторые определенные моменты времени.

@ Методы кодирования информации на дискете

Для записи информации на магнитные носители применяют спе-

циально разработанные модуляционные коды записи. Данные коды раз-

рабатываются специалистами и должны обладать высокой информатив-

ностью и способностью с самосинхронизации. Под информативностью

способа записи понимают количество записанной информации, прихо-

дящийся на один период намагниченности.

В накопителях 3740 ( IBM ) используется метод частотной моду-

ляции, а в накопителях 34 - метод модифицированной частотной мо-

дуляции.

"Метод частотной модуляции

Начало каждого элемента отмечается тактовым импульсом в виде

смены направления намагниченности. Если элемент должен представ-

лять 1, то в его центральной части записывается еще один такто-

вый импульс ( что бы создать изменение магнитного потока ), а ес-

ли 0, то смены напрвления намагниченности не происходит вплоть до

начала следующего элемента. Таким образм, если тактовая частота

равна F, то поток двоичных единиц дает частоту 2F.

┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐

─┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└─── тактовые импульсы

┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐

───┘└──────────┘└──────┘└──┘└──┘└─ данные

1 0 0 1 0 1 1 1

┌┐┌┐┌┐ ┌┐ ┌┐┌┐┌┐ ┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐

─┘└┘└┘└──┘└──┘└┘└┘└──┘└┘└┘└┘└┘└┘└── сигналы записи

"Метод модифицированной частотной модуляции

В этом методы 1 всегда представляется переходом намагниченности

в центре элемента. Переход вводиться в начале элемента, если это

0, а за ним НЕ следует 1. При том же разнесении переходов этот

метод позволяет записывать на единицу длины в два раза больше

символов, чем метод частотной модуляции.

┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐┌┐

┘└┘└┘└┘└┘└┘└┘└┘└┘└─ тактовые импульсы

┌┐ ┌┐ ┌┐┌┐┌┐

─┘└────┘└──┘└┘└┘└── данные

1 0 0 1 0 1 1 1

┌┐ ┌┐ ┌┐ ┌┐┌┐┌┐

─┘└─┘└─┘└──┘└┘└┘└── сигналы записи

При записи информации по методу модифицированной частотной моду-

ляции возникает так называемое смещение синхронизации. Это возни-

кает потому, что в общем случае при считывании информации с дис-

кеты невозможно отличить тактовые сигналы от сигналов данных.

Поэтому в зависимости от точки отчета одна и таже последова-

тельность импульсов может трактоваться по-разному. Для устране-

ния этой в высшей мере неприятной неоднозначности на каждой до-

рожке вводят специальные поля, заполненные нулями, размером каж-

дого поля 12 байт. При считывании информации контроллер НГМД

знает, что в них находятся нули, поэтому трактует поступающие

сигналы как тактовые импульсы, одновременно соответствующим об-

раз подстраивая схему сепаратора данных.

Помимо рассмотренных выше методов частотной и модифицированной

частотной модуляции используется кодирование с ограниченным рас-

стоянием между периодами намагниченности ( RLL - кодирование ).

По сравнению с методом модифицированной частотной модуляции об'ем

хранимой на диске информации увеличивается на 50%. Метод RLL ос-

нован на записи с групповым кодированием. В этом методе каждый

байт поступающих данных разбивается на две тетрады, а затем тет-

рада шифруется специальным 5-ти разрадным кодом, характерным тем,

что каждое число в нем содержит, по крайней мере, одну перемену

направлении потока. При считывании две 5-ти разрядные тетрады

снова сливаются в байты.

@ Физическая структура диска

Емкость диска зависит от характеристики дисковода и особеннос-

тей операционной системы; однако структура диска, в сущноcти,

всегда одна и та же. Данные всегда записываются на магнитной по-

верхности в виде концентрических окружностей, называемых дорож-

ками.Каждая дорожка, в свою очередь, состоит из нескольких секто-

ров, количество которых определяется при операции форматирования.

Сектор является единицей хранения информации на дискете.Количес-

тво информации на диске, таким образом, зависит от числа дорожек

( от плотности записи ) и общего размера секторов на каждой до-

рожке. Старые модели дисководов работали с 40 дорожками, нынешние

модели - с 80, большинство современных дисководов позволяют фор-

матировать дискеты плотностью до 85 дорожек.

Для стандартных дискет IBM расположение каждой дорожки не мо-

жет быть изменен, потому что это прежде всего зависит не от ОС и

не от дискеты, а от конструктивных особенностей дисковода.Однако,

число, размер и расположение секторов задаются программно при

первоначальной разметке ( форматировании ) дискеты. Разметка осу-

ществляется либо ОС, либо используются функции BIOS. Хотя MS-DOS

поддерживает размеры сектора дискет 128, 256, 512 и 1024 байта,

однако используется сектор размером 512 байт и, по-видимому, это

в ближайшее время не изменится ( если и измениться, то только в

сторону увеличения ).

Структура формата дорожки зависит от типа контроллера, но, как

правило, включает в себя байты синхронизации, указывающие на на-

чало каждого сектора, идентификационные заголовки, cостоящие из

номера цилиндра, головки, сектора и размера сектора, и поля, хра-

нящего байты циклического контроля, предназначеные для обнаруже-

ния ошибок при считывании данных и служебной информации. На сле-

дующем рисунке представлен формат дорожки для стандарта IMB 34.

индекс

───┐ ┌───────────────────────────────────────────────────────────

│ │

└─┘

──┬────────┬───────┬──────┬──────────┬──∙∙──┬──────────┬─────────

│ gap4a │ index │ gap1 │ sector 1 │ │ sector n │ gap4b

──┴────────┼───────┼──────┼──────────┼──∙∙──┴──────────┴─────────

┌────┘ └───┐ │ │

├───────┬────────┤ │ │

│ sync │ IAM │ │ │

└───────┴────────┘ │ │

┌──────┘ └───┐

├────────┬────────────┤

│ header │ data field │

├────────┴────────────┤

┌────────────────┘ └──────────────────────┐

├─────┬─────┬─┬─┬─┬─┬────┬──────┬─────┬─────┬──────┬────┬─────┤

│ sync│ SAM │c│h│r│n│ crc│ gap2 │ sync│ DAM │ data │ crc│ gap3│

└─────┴─────┴─┴─┴─┴─┴────┴──────┴─────┴─────┴──────┴────┴─────┘

На приведенной выше схеме :

┌────────┬──────────────────────────────────┬───────────┬──────┐

│ Обозн. │ Назначение поля │ Содержимое│ Длина│

├────────┼──────────────────────────────────┼───────────┼──────┤

│ GAP4A │ Предындексный зазор дорожки │ 4E │ 50 │

│ SYNC │ Поле синхронизации │ 00 │ 0C │

│ IAM │ Адресный маркер начала дорожки─┬─┼── C2* │ 3 │

│ │ └─┼── FC │ 1 │

│ SAM │ Маркер начала сектора──────────┬─┼── A1 │ 3 │

│ │ └─┼── FE │ 1 │

│ C │ Номер цилиндра │ -- │ 1 │

│ Н │ Номер головки │ -- │ 1 │

│ R │ Номер сектора │ -- │ 1 │

│ N │ Код размера сектора │ -- │ 1 │

│ CRC │ Контрольный код │ -- │ 2 │

│ GAP2 │ Зазор заголовка сектора │ 4E │ 16 │

│ DAM │ Маркер начала данных───────────┬─┼── A1 │ 3 │

│ │ └─┼── FB │ 1 │

│ GAP3 │ Зазоp области данных │ 4E │ 50 │

│ data │ Данные │ -- │ ** │

│ GAP4B │ Зазор дорожки │ 4E │ *** │

└────────┴──────────────────────────────────┴───────────┴──────┘

* - ^^&Данные поля записываются со специально нарушенными битами

^^&синхронизации.

** - ^^&Длина данных определяется по формуле 128*2^N, где N - код

^^&длины из заголовка сектора: от 0 (128б) до 7 (16384б).

*** - ^^&Длина определяется оставшимся расстоянием до индексного от-